В каких единицах измеряется вода

  • автор:

Для того, чтобы понять, сколько и какие загрязнители присутствуют в воде, необходимо знать, в чем измеряются всевозможные примеси. Единой классификации измерения состава воды нет, для каждых веществ существуют свои единицы измерения, в которых они измеряются.

Для того, чтобы понять качественный и количественный состав воды, ее сдают в лабораторию, для проведения анализа и по его показателям становится ясно, от каких загрязнений нужно очищать воду. Подобрать правильно водоочистное оборудование для определенных целей, таких как использование очищенной воды для технических целей, либо для питья, поможет изучение показателей химического состава воды.

Фильтр обезжелезиватель воды FI-5-R (1465) с автоматикой Runxin

В каких единицах измеряются количество веществ в воде? Как ни странно, но одно и тоже вещество в разных странах имеет свою единицу измерения, для определения их состава применяются пересчетный коэффициент. Ту же жесткость воды измеряется по-своему в различных странах, в России, в Германии, в США, Франции.

Рассмотрим наиболее распространенную единицу измерения, которая определяется отношением массы вещества к общему объему воды и измеряется зачастую в миллиграммах, если исследуемого вещества не много, а если его много, то измерения происходят в граммах. Отношение этих измерений применяется к литру, иногда к дециметру, что одно и тоже, воды. Получается, что единица измерения – мг/л, а в англоязычном исполнении – ppm. Возьмем, например, результат исследований по общему содержанию солей в анализе, который составляет 100 мг/л, то это означает, что если из одного литра воды удалить всю воду, то мы получим в сухом остатке 100 миллиграммов солей. Тоже самое относится к нитратам, которые могут содержаться в воде, к марганцу и другим веществам.

Совсем по-другому обстоит ситуация с измерениями жесткости воды, для отображения результатов которой используются другая единица измерения. Жесткость воды в России измеряется в миллиграмм-эквивалент на литр воды, или в грамм-эквивалент на 1000 литров воды. Также существует единица измерения в моль на один кубометр воды, или миллимоль на литр воды, что практически одно и тоже значение. Для чего в единице измерения жесткости воды нужен эквивалент, ведь проще было бы измерять жесткость также, как некоторые другие вещества, такие как железо, солесодержание, марганец, нитраты и другие вещества? С жесткость совсем другая ситуация, потому что она содержит в себе два различных вещества, кальций и магний, которые и определяют жесткость воды и их необходимо уровнять.

Допустим, что в исходной воде, по результату анализа, мы получили 20 мг/л магния и 120 мг/л кальция, то жесткость воды получаем 7 мг-экв/л. При анализе воды на жесткость первым делом определяют ее жесткость, а после этого кальций в воде. С помощью вычитания получают количество магния.

Во многих европейских странах применяется собственный метод измерения жесткости воды. В Германии используют немецкий градус. Если наша жесткость воды, например, равна 7 мг-экв/л, то в Германии она будет соответствовать 20 градусам жесткости. Также в США, во Франции и некоторых других странах используют свои градусы жесткости.

Существует еще одна, не очень распространенная единица измерения мгО2/л, применяемая для измерения перманганатной окисляемости, она же COD Mn: O2, ppm. Перманганатная окисляемость представляет собой совокупность показателей и параметров, которые показывают наличие и общее количество органических веществ (органики) в воде.

Перманганатная окисляемость получила такое название по той причине, что при исследовании воды на органику добавляют каплями марганцовку (перманганат калия), с помощью которой определяют ее количество, которое ушло на окисление органических примесей. С помощью определенных вычислений определяется, какое количество кислорода (О2) ушло для окисления органики в исследуемой воде. Потому принято за единицу измерения органики брать мгО2/л.

По нормативам качества воды перманганатная окисляемость, она же органика, не должна превышать 5 мгО2/л. Если ее показатели превышают это значение, то необходимо устанавливать фильтр для очистки воды от органики. Высокое значение по органики выражается тем, что ели такую воду набрать в ванну, то цвет воды будет иметь характерный желто-зеленоватый оттенок. Если органических примесей в воде не более 1 мгО2/л, то вода в ванной будет совершенно прозрачной и бесцветной.

В итоге мы выяснили, что основными единицами измерения веществ в воде являются мг/л (или мг/дм3), мг-экв/л и мгО2/л.

Единицы измерения величин стандартизованы в Международной системе единиц измерения величин (СИ). Стандарты СИ признаны международным сообществом (Международная организация стандартизации – ИСО). Россия – член ИСО, а русский язык – один из трех официальных языков этого объединения (также английский и французский).

СИ может быть также названа системой МКСА (метр, килограмм, секунда, ампер).

В российской и зарубежной технической, коммерческой литературе и документации (в частности, англоязычной) продолжают использовать устаревшие и внесистемные единицы измерения. Те из них, которые имеют хотя бы небольшое отношение к водоподготовке, приведены ниже с переводом в единицы СИ.

В случаях очистки воды и водоподготовки также применяются стандартизированные единицы измерения, позволяющие на основании проведенного анализа воды, делать качественные и понятные заключения, оценивать ее жесткость и щелочность, уровень содержания железа, мутность и другие показатели качества воды, а также подбирать оборудование для ее очистки.

П.1.1. Температура

Способ задания значений температуры – температурная шкала. Известно несколько температурных шкал.

Шкала Кельвина (по имени английского физика У. Томсона, лорда Кельвина).

Обозначение единицы: К (не «градус Кельвина» и не °К).

1 К = 1/273,16 – часть термодинамической температуры тройной точки воды, соответствующей термодинамическому равновесию системы, состоящей изо льда, воды и пара.

Шкала Цельсия (по имени шведского астронома и физика А. Цельсия).

В этой шкале температура таяния льда при нормальном давлении принята равной 0°С, температура кипения воды – 100°С.

Шкалы Кельвина и Цельсия связаны уравнением:
t ( °C) = Т (К) – 273,15.

Шкала Фаренгейта (Д. Г. Фаренгейт – немецкий физик).

Обозначение единицы: °F. Применяется широко, в частности, в США.

Шкала Фаренгейта и шкала Цельсия связаны: t (°F) = 1,8 · t (°C) + 32°C.

По абсолютному значению 1 (°F) = 1 (°C). Шкала Реомюра (по имени французского физи- ка Р.А. Реомюра).

Обозначение: °R и °r. Эта шкала почти вышла из употребления.

Соотношение с градусом Цельсия:

t (°R) = 0,8 · t (°C).

Шкала Рэнкина (Ранкина) – по имени шотландского инженера и физика У. Дж. Ранкина.

Обозначение такое же, как и для градуса Рео-мюра: °R (иногда: °Rank) .

Шкала также применяется в США. Температура по шкале Рэнкина соотносится с температурой по шкале Кельвина:

t (°R) = 9/5 · Т (К).

Связь значений температурных показателей по разным шкалам представлена в табл. П.1.1

П.1.2. Длина

Единица измерения в СИ – метр (м).

Кратные и дольные единицы рекомендуемые: км, см, мм, мкм; единица допускаемая: дм; 1 дм = 0,1 м.

Внесистемная единица: Ангстрем (Å). 1Å = 1·10-10 м.

Дюйм (от голл. duim – большой палец); inch; in; ́ ́; 1 ́ = 25,4 мм.

Хэнд (англ. hand – рука); 1 hand = 101,6 мм. Линк (англ. link – звено); 1 li = 201,168 мм.

Спэн (англ. span – пролет, размах); 1 span = 228,6 мм.

Чейн (англ. chain – цепь); 1 ch = 66 ft = 22 yd = = 20,117 м.

Фарлонг (англ. furlong) – 1 fur = 220 yd = 1/8 мили. Миля (англ. mile; международная).

1 ml (mi, MI) = 5280 ft = 1760 yd = 1609,344 м.

П.1.3. Площадь

Единица измерения в СИ – м2.

Кратные и дольные единицы рекомендуемые: км2, см2, мм2; единица допускаемая: гектар (га); 1 га = 104 м2.

Квадратный ярд; 1 yd2 (sq yd)= 0,836127 м2. Sq (square) – квадратный.

П.1.4. Объем, вместимость

Единица измерения в СИ – м3.

Дольные единицы рекомендуемые: см3, мм3; единицы допускаемые: дм3, л ; 1 л = 1 дм3= 10-3 м3.

Кубический фут; 1 ft3 (также cu ft) = 28,3169 дм3.

Кубический фатом; 1 fath3 (fth3; Ft3; cu Ft) = = 6,11644 м3.

Бушель (США); 1 bu (us, также US) = 35,2391 дм3. Галлон (Великобритания); 1 gal (uk, также UK) = 4,54609 дм3.

Галлон жидкостный (США); 1 gal (us, также US) = 3,78541дм3.

Галлон сухой (США); 1 gal dry (us, также US) = 4,40488 дм3.

Джилл (gill); 1 gi = 0,12 л (США), 0,14 л (Великобритания).

Баррель (США); 1bbl = 0,16 м3.

UK – United Kingdom – Соединенное Королевство (Великобритания);
US – United Stats (США).

П.1.5. Масса

Единица измерения в СИ – кг.

Дольные единицы рекомендуемые: г, мг, мкг; единица допускаемая: тонна (т), 1т = 1000 кг.

Фунт (торговый) (англ. libra, pound – взвешивание, фунт); 1 lb = 453,592 г; lbs – фунты. В системе старых русских мер 1 фунт = 409,512 г.

Гран (англ. grain – зерно, крупина, дробина); 1 gr = 64,799 мг.

Стоун (англ. stone – камень); 1 st = 14 lb = 6,350 кг.

П.1.6. Плотность (в т.ч. насыпная)

Единица измерения в СИ – кг/м3.

Дольные единицы рекомендуемые: г/м3, г/см3; единицы допускаемые: т/м3, кг/дм3 (кг/л);

1 т/м3= 1000 кг/м3; 1 кг/дм3= 10-3 кг/м3. Фунт/фут3; 1 lb / ft3 = 16,0185 кг/м3.

П.1.7. Линейная плотность

Единица измерения в СИ – кг/м.

Фунт/фут; 1 lb / ft = 1,48816 кг/м.

Фунт/ярд; 1 lb / yd = 0,496055 кг/м.

П.1.8. Поверхностная плотность

Единица измерения в СИ – кг/м2.

Фунт/фут2; 1 lb / ft2 (также lb / sq ft – pound per square foot) = 4,88249 кг/м2.

Фунт/ярд2; 1 lb / yd2 (также lb / sq in – pound per square inch) = 0,542492 кг/м2.

П.1.9. Удельный объем

Единица измерения в СИ – м3/кг. Фут3/фунт; 1 ft3 / lb = 62,428 дм3/кг.

П.1.10. Скорость (линейная)

Единица измерения в СИ – м/с. Фут/ч; 1 ft / h = 0,3048 м/ч. Фут/с; 1 ft / s = 0,3048 м/с.

П.1.11. Ускорение

Единица измерения в СИ – м/с2. Фут/с2; 1 ft / s2 = 0,3048 м/с2.

П.1.12. Массовый расход

Единица измерения в СИ – кг/с. Фунт/ч; 1 lb / h = 0,453592 кг/ч. Фунт/с; 1 lb / s = 0,453592 кг/с.

П.1.13. Объемный расход

Единица измерения в СИ – м3/с.

Фут3/мин; 1 ft3/ min = 28,3168 дм3/мин.

Ярд3/мин; 1 yd3/ min = 0,764555 дм3/мин.

Галлон/мин; 1 gal/ min (также GPM – gallon per min) = 3,78541 дм3/мин.

П.1.14. Сила, вес

Единица измерения в СИ – Н.

Паундаль (англ.: poundal); 1 pdl = 0,138255 Н.

Паундаль – сила, сообщающая массе в один фунт ускорение в 1 фут/с2, lb · ft/ с2.

П.1.15. Удельный вес

Единица измерения в СИ – Н/м3.

Фунт-сила/фут3; 1 lbf/ft3 = 157,087 Н/м3.

Паундаль/фут3; 1 pdl/ ft3 = 4,87985 Н/м3.

П.1.16. Давление

Используются понятия: «абсолютное давление», «избыточное давление».

Встречаются ошибки при переводе некоторых единиц измерения давления в Па и в его кратные единицы. Нужно учитывать, что 1 кгс/см2 равен 98066,5 Па (точно), то есть для небольших (примерно до 14 кгс/см2) давлений с достаточной для работы точностью можно принять:

1 Па = 1 кг/(м · с2) = 1 Н/м2.

1 кгс/см2 ≈ 105 Па = 0,1 МПа.

Соотношения:

1 атм (физическая) ≈ 101325 Па ≈ 1,013 · 105 Па ≈ ≈ 0,1 МПа.

1 ат (техническая) = 1 кгс/см2 = 980066,5 Па ≈ ≈ 105 Па ≈ 0,09806 МПа ≈ 0,1 МПа.

0,1 МПа ≈ 760 мм рт. ст. ≈ 10 м вод. ст. ≈ 1 бар. 1 Торр (тор, tor) = 1 мм рт. ст.

Фунт-сила/дюйм2; 1 lbf/ in2 = 6,89476 кПа (см. ниже: PSI).

Фунт-сила/фут2; 1 lbf/ft2 = 47,8803 Па. Фунт-сила/ярд2; 1 lbf/ yd2 = 5,32003 Па.

Паундаль/фут2; 1 pdl/ ft2 = 1,48816 Па.

Фут водяного столба; 1 ft Н2О = 2,98907 кПа.

Дюйм водяного столба; 1 in Н2О = 249,089 Па.

Дюйм ртутного столба; 1 in Hg = 3,38639 кПа.

PSI (также psi) – pounds (P) per square (S) inch

(I) – фунты на квадратный дюйм; 1 PSI = 1 lbƒ/in2 = = 6,89476 кПа.

Иногда в литературе встречается обозначение единицы измерения давления lb/in2 – в этой единице учтено не lbƒ (фунт-сила), а lb (фунт-масса). Поэтому в численном выражении

1 lb/ in2 несколько отличается от 1 lbf/ in2, так как при определении 1 lbƒ учтено: g = 9,80665 м/с2 (на широте Лондона).

1 lb/in2 = 0,454592 кг/(2,54 см)2 = 0,07046 кг/см2 = 7,046 кПа. Расчет 1 lbƒ – см. выше.

1 lbf/in2 = 4,44822 Н/(2,54 см)2 = 4,44822 кг · м/ (2,54 · 0,01 м)2 · с2 = 6894,754 кг/ (м · с2) = 6894,754 Па ≈ 6,895 кПа.

PSIg (psig) – то же, что PSI, но указывает избыточное давление; PSIa (psia) – то же, что PSI, но акцентирует: давление абсолютное;

а – absolute, g – gauge (мера, размер).

П.1.17. Напор воды

Единица измерения в СИ – м.

Напор в футах (feet-head); 1 ft hd = 0,3048 м.

П.1.18. Удельный объемный расход

gpd – gallons per day – галлоны в день (сут); 1 gpd = 0,1577 дм3/ч.

gpm – gallons per minute – галлоны в минуту; 1 gpm = 0,0026 дм3/мин.

gps – gallons per second – галлоны в секунду; 1 gps = 438 · 10-6 дм3/с.

П.1.19. Потери давления во время фильтрования

PSI/ft – pounds (P) per square (S) inch (I)/foot (ft) – фунты на квадратный дюйм/фут;

1 PSI/ft = 22,62 кПа на 1 м фильтрующего слоя.

П.1.20. Расход сорбата (например, Cl2) при фильтровании через слой сорбента (например активного угля)

Gals/cu ft (gal/ft3) – gallons/cubic foot (галлоны на кубический фут);

1 Gals/cu ft = 0,13365 дм3 на 1 дм3 сорбента.

П.1.21. Работа, энергия, количество теплоты

Единица измерения в СИ – Джоуль (по имени английского физика Дж. П. Джоуля).

1 Дж – механическая работа силы 1 Н при перемещении тела на расстояние 1 м.

Ньютон (Н) – единица силы и веса в СИ; 1 Н равен силе, сообщающей телу массой 1 кг ускорение 1 м2/с в направлении действия силы.

1 Дж = 1 Н · м.

В теплотехнике продолжают применять отмененную единицу измерения количества теплоты – калорию (кал, cal).

1 Дж (J) = 0,23885 кал.

1 кДж = 0,2388 ккал.

1 lbf · ft (фунт-сила-фут) = 1,35582 Дж.

1 pdl · ft (паундаль-фут) = 42,1401 мДж.

1 Btu (британская единица теплоты) = 1,05506 кДж (1 кДж = 0,2388 ккал).

1 Therm (терма – британская большая калория) = = 1 · 10-5 Btu.

П.1.22. Мощность, тепловой поток

Единица измерения в СИ – Ватт (Вт) – по имени английского изобретателя Дж. Уатта – механическая мощность, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж, или тепловой поток, эквивалентный механической мощности в 1 Вт.

1 Вт (W) = 1 Дж/с = 0,859985 ккал/ч (kcal / h).

1 lbf · ft / s (фунт-сила-фут/с) = 1,33582 Вт.

1 lbf · ft / min (фунт-сила-фут/мин) = 22,597 мВт.

1 lbf · ft / h (фунт-сила-фут/ч) = 376,616 мкВт.

1 pdl · ft / s (паундаль-фут/с) = 42,1401 мВт

1 hp (лошадиная сила британская / с) = 745,7 Вт. 1 Btu/s (британская единица теплоты / с) = = 1055,06 Вт.

1 Btu/h (британская единица теплоты / ч) = = 0,293067 Вт.

П.1.23. Поверхностная плотность теплового потока

Единица измерения в СИ – Вт/м2.

1 Вт/м2 (W/м2) = 0,859985 ккал /(м2 · ч) (kcal /(m2 · h)).

1 Btu/(ft2 · ч) = 2,69 ккал/(м2 · ч) = 3,1546 кВт/м2.

П.1.24. Вязкость

Динамическая вязкость (коэффициент вязкости), η.

Единица измерения в СИ – Па · с.

1 Па · с = 1 Н · с/м2; внесистемная единица – пуаз (П). 1 П = 1 дин · с/м2 = 0,1 Па·с.

Дина (dyn) – (от греч. dynamic – сила). 1 дин = = 10-5 Н = 1 г · см/с2 = 1,02 · 10-6 кгс.

1 lbf · h / ft2 (фунт-сила-ч/фут2) = 172,369 кПа · с.

1 lbf · s / ft2 (фунт-сила-с/фут2) = 47,8803 Па · с. 1 pdl · s / ft2 (паундаль-с/фут2) = 1,48816 Па · с. 1 slug /(ft · s) (слаг/(фут · с)) = 47,8803 Па · с. Slug

(слаг) – техническая единица массы в английской системе мер.

Кинематическая вязкость, ν. СИ – м2/с;

Единица см2/с называется «Стокс» (по имени английского физика и математика Дж. Г. Стокса). Кинематическая и динамическая вязкости связаны равенством:

ν = η / ρ, где ρ – плотность, г/см3. 1 м2/с = Стокс / 104.

1 ft2 / h (фут2/ч) = 25,8064 мм2/с. 1 ft2 / s (фут2/с) = 929,030 см2/с.

П.1.25. Напряженность магнитного поля

Единица напряженности в СИ – А/м (Ампер/метр).

Ампер (А) – фамилия французского физика А.М. Ампера. Ранее применялась единица Эрстед (Э) – по имени датского физика Х.К. Эрстеда.

1 А/м (A/m, At/m) = 0,0125663 Э (Ое).

П.1.26. Твердость

Сопротивление раздавливанию и истиранию минеральных фильтрующих материалов и вообще всех минералов и горных пород косвенно определяют по шкале Мооса (Ф. Моос – немецкий минералог). В этой шкале числами в возрастающем порядке обозначают минералы, расположенные таким образом, чтобы каждый последующий был способен оставлять царапину на предыдущем. Крайние вещества в шкале Мооса: тальк (единица твердости – 1, самый мягкий) и алмаз (10, самый твердый).

Твердость > 4,5–5,5 (не чертятся стеклом, но чертятся стальным ножом): апатит, вернадит, нефелин, пиролюзит, шабазит и др.

Твердость > 7,0 (не чертятся кварцем): алмаз, гранаты, корунд и др.

Твердость минералов и горных пород можно определять также по шкале Кнупа (А. Кнуп – немецкий минералог). В этой шкале значения определяются по размеру отпечатка, оставляемого на минерале при вдавливании в его образец алмазной пирамиды под определенной нагрузкой.

Цит. по: Единицы измерений и соотношения между ними. С англ. М.: ООО «Изд-во АСТ»; ООО «Изд-во Астрель», 2004. – 255 с.

П.1.27. Радиоактивность элементов

Единица измерения в СИ – Бк (Беккерель, названный в честь французского физика А.А. Беккереля).

Бк (Bq) – единица активности нуклида в радиоактивном источнике (активность изотопа). 1 Бк равен активности нуклида, при которой за 1 с происходит один акт распада.

Концентрация радиоактивности: Бк/м3 или Бк/л.

Активность – это число радиоактивных распадов в единицу времени. Активность, приходящаяся на единицу массы, называется удельной.

Кюри (Ku, Ci, Cu) – единица активности нуклида в радиоактивном источнике (активности изотопа). 1 Ku – это активность изотопа, в котором за 1 с происходит 3,7000 · 1010 актов распада.

1 Ku = 3,7000 · 1010 Бк.

Резерфорд (Рд, Rd) – устаревшая единица активности нуклидов (изотопов) в радиоактивных источниках, названная в честь английского физика Э. Резерфорда. 1 Рд = 1 · 106 Бк = 1/37000 Ки.

П.1.28. Доза излучения

энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом и рассчитанная на единицу его массы (поглощенная доза). Доза накапливается со временем облучения. Мощность дозы ≡ Доза/время.

Единица поглощенной дозы в СИ – Грэй (Гр, Gy).

Внесистемная единица – Рад (rad), соответствующая энергии излучения в 100 эрг, поглощенной веществом массой 1 г.

Эрг (erg – от греч.: ergon – работа) – единица работы и энергии в нерекомендуемой системе СГС.

1эрг=10-7 Дж=1,02·10-8 кгс·м=2,39·10-8 кал= =2,78·10-14кВт·ч.

1 рад (rad) = 10-2 Гр.

1 рад(rad)=100эрг/г=0,01Гр=2,388·10-6кал/г= = 10-2 Дж/кг.

Керма (сокр. англ.: kinetic energy released in matter) – кинетическая энергия, освобожденная в веществе, измеряется в грэях.

Эквивалентная доза определяется сравнением излучения нуклидов с рентгеновским излучением. Коэффициент качества излучения (К) показывает, во сколько раз радиационная опасность в случае хронического облучения человека (в сравнительно малых дозах) для данного вида излучения больше, чем в случае рентгеновского излучения при одинаковой поглощенной дозе. Для рентгеновского и γ-излучения К = 1. Для всех других видов излучений К устанавливается по радиобиологическим данным.

Дэкв = Дпогл · К.

Единица поглощенной дозы в СИ – 1 Зв (Зиверт) = 1 Дж/кг = 102 бэр.

БЭР (бэр, rem – до 1963 г. определялась как биологический эквивалент рентгена) – единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения.

Рентген (Р, R) – единица измерения, экспозиционная доза рентгеновского и γ-излучения.

1 Р = 2,58 · 10-4 Кл/кг.

Кулон (Кл) – единица в системе СИ, количество электричества, электрический заряд.

1 бэр = 0,01 Дж/кг.

Мощность эквивалентной дозы – Зв/с.

П.1.29. Проницаемость пористых сред (в том числе горных пород и минералов)

Дарси (Д) – по имени французского инженера. А. Дарси, darsy (D) · 1 Д = 1,01972 мкм2

1 Д – проницаемость такой пористой среды, при фильтрации через образец которой площадью 1 см2 , толщиной 1 см и перепаде давления 0,1 МПа расход жидкости вязкостью 1 сП равен 1 см3/с.

П.1.30. Размеры частиц, зерен (гранул) фильтрующих материалов по СИ и стандартам других стран

В США, Канаде, Великобритании, Японии, Франции и Германии размеры зерен оценивают в мешах (англ. mesh – отверстие, ячейка, сеть), то есть по количеству (числу) отверстий, приходящихся на один дюйм самого мелкого сита, через которое могут пройти зерна. И эффективным диаметром зерен считается размер отверстия в мкм. В последние годы чаще применяются системы мешей США и Великобритании.

П.1.31. Концентрация растворов

Содержание вещества в определенном объеме или массе раствора или растворителя называется концентрацией вещества в растворе. Наиболее часто применяют следующие способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля. Массовая доля показывает, какое массовое количество вещества содержится в 100 массовых частях раствора.

Единицы измерения: доли единицы; проценты (%); промилле (‰); миллионные доли (млн-1).

Концентрация растворов и растворимость. Концентрацию раствора нужно отличать от растворимости – концентрации насыщенного раствора, которая выражается массовым количеством вещества в 100 массовых частях растворителя (например г/100 г).

Объемная концентрация. Объемная концентрация – это массовое количество растворенного вещества в определенном объеме раствора (например: мг/л, г/м3).

Молярная концентрация. Молярная концентрация – количество молей данного вещества, растворенного в определенном объеме раствора (моль/м3, ммоль/л, мкмоль/мл).

Моляльная концентрация. Моляльная концентрация – число молей вещества, содержащегося в 1000 г растворителя (моль/кг).

Таблица П.1.2
Соотношение между единицами измерения размеров зерен (гранул) фильтрующих материалов по СИ и стандартам других стран

Нормальный раствор. Нормальным называется раствор, содержащий в единице объема один эквивалент вещества, выраженный в массовых единицах: 1Н = 1 мг · экв/л = = 1 ммоль/л (с указанием эквивалента конкретного вещества).

Эквивалент. Эквивалент равен отношению части массы элемента (вещества), которая присоединяет или замещает в химическом соединении одну атомную массу водорода или половину атомной массы кислорода, к 1/12 массы углерода12. Так, эквивалент кислоты равен ее молекулярной массе, выраженной в граммах, деленной на основность (число ионов водорода); эквивалент основания – молекулярная масса, деленная на кислотность (число ионов водорода, а у неорганических оснований – деленная на число гидроксильных групп); эквивалент соли – молекулярная масса, деленная на сумму зарядов (валентность катионов или анионов); эквивалент соединения, участвующего в окислительно-восстановительных реакциях, – это частное от деления молекулярной массы соединения на число электронов, принятых (отданных) атомом восстанавливающегося (окисляющегося) элемента.

Несколько примеров: HCl + NaOH = NaCl + H2O. (П.1.1)

В реакции (П.1.2) нейтрализации H3PO4 эквивалентная масса фосфорной кислоты равна ее молекулярной массе – 98 (участвует один ион водорода), в реакции (П.1.3) – половине молекулярной массы – 49 (участвуют два иона водорода). Следовательно, одно и то же вещество может иметь разные эквивалентные массы в зависимости от вида реакции.

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O. (П.1.4)

В этой реакции семивалентные ионы марганца превращаются в двухвалентные: Mn+7 + 5е→ Mn2+ – к каждому иону марганца присоединяются пять электронов. Эти электроны «приобретаются» у двухвалентных ионов железа, преобразующихся в трехвалентные: Fe2+ – е→ Fe3+.

Всего в реакции участвуют десять электронов (десять молекул FeSO4). Одному электрону соответствуют 2/10 молекулярной массы KMnO4 и 10/10 молекулярной массы FeSO4. Значит, в этой реакции эквивалентная масса KMnO4 равна 1/5 молекулярной массы, а эквивалентная масса FeSO4 равна молекулярной массе

Цит. по Ф.И. Белану.

Принятые обозначения:

ρ – плотность раствора, г/см3;

m – молекулярная масса растворенного вещества, г/моль;

Э – эквивалентная масса растворенного ве- щества, то есть количество вещества в граммах, взаимодействующее в данной реакции с одним грамм-атомом водорода или отвечающее переходу одного электрона.

П.1.32. Жесткость и щелочность воды

Согласно ГОСТ 8.417-2002 единица количества вещества установлена: моль, кратные и дольные единицы (кмоль, ммоль, мкмоль). Единица измерения жесткости в СИ – ммоль/л; мкмоль/л.

В разных странах часто продолжают использовать отмененные единицы измерения жесткости воды:

Иногда английский градус жесткости обозначают Clark.

1 американский градус ≡ 1 ч. СаСО3/1 млн ч. воды ≡ 1 мг СаСО3/л ≡ 0,52 мг СаО/л ≡ 0,02 ммоль/л.

Здесь: ч. – часть; перевод градусов в соответствующие им количества СаО, MgO, CaCO ,3 Ca(HCO3)2, MgCO3 показан в качестве примеров в основном для немецких градусов; размерности градусов привязаны к кальцийсодержащим соединениям, так как в составе ионов жесткости кальций, как правило, составляет 75–95%, в редких случаях – 40–60%. Числа округлены в основном до второго знака после запятой.

И Международная организация стандартов (ISO – ИСО), и Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC – ИЮПАК) соответственно с 1973 и 1975 г. не включают в свои издания единицу измерения «грамм-эквивалент». А градусы жесткости и ранее отсутствовали в рекомендациях этих организаций.

Мнимое это противоречие давно разрешено. И ИСО, и ИЮПАК, и Научный совет по аналитической химии б. АН СССР («Журнал аналитической химии», т. XXXXVII, вып. 5, с. 946–961) установили: ммоль – это количество вещества – в данном контексте – в растворе, которое содержит такое же количество структурных единиц, какое содержится в 12 г углерода12. И установлено: количество всех единиц – и реальных, и условных – измеряется в молях. Структурные реальные единицы: атомы, ионы, радикалы, электроны, молекулы, комплексы. Структурные условные единицы: эквиваленты веществ, например 1/2 Са2+, 1/2 SО 2и т.д.

В то же время понятие эквивалентности, конечно, сохраняется. И поэтому нужно указывать, о какой структурной единице идет речь.

Соотношение между упомянутыми единицами измерения жесткости воды: 1 ммоль/л = 1 мг · экв/л = 2,80°Н (немецкий градус) = 5,00 французского градуса = 3,51 английского градуса = 50,04 американского градуса.

С 1 января 2005 г. действует ГОСТ Р 52029-2003 «Вода. Единица жесткости». ГОСТ распространяется на природную и питьевую воду. В противоречие с правилами ИСО этот ГОСТ вводит новую единицу измерения жесткости воды – российский градус жесткости – °Ж, определяемый как концентрация щелочноземельного элемента (преимущественно Са2+ и Mg2+), численно равная 1⁄2 его моля в мг/дм3 (г/м3).

Единицы измерения щелочности – ммоль, мкмоль.

П.1.33. Удельные электропроводимость и электросопротивление

Единица измерения электропроводимости в СИ – мкСм/см. Электропроводимость растворов и обратное ей электросопротивление характеризуют минерализацию растворов, но только – наличие ионов. При измерении электропроводимости не могут быть учтены неионогенные органические вещества, нейтральные взвешенные примеси, помехи, искажающие результаты, – газы и др. Невозможно расчетным путем точно найти соответствие между значениями удельной электропроводимости и сухим остатком или даже суммой всех отдельно определенных веществ раствора, так как в природной воде разные ионы имеют разную удельную электропроводимость, которая одновременно зависит от минерализации раствора и его температуры. Чтобы установить такую зависимость, необходимо несколько раз в году экспериментально устанавливать соотношение между этими величинами для каждого конкретного объекта.

1 мкСм/см = 1 · МOм · см; 1 См/м = 1 · Ом · м.

Для чистых растворов хлорида натрия (NаСl) в дистилляте приблизительное соотношение: 1 мкСм/см ≈ 0,5 мг NаСl/л.

Это же соотношение (приближенно) с учетом приведенных оговорок может быть принято для большей части природных вод с минерализацией до 500 мг/л (все соли пересчитываются на NаСl).

П.1.34. Содержание в воде взвешенных примесей, прозрачность и мутность воды Содержание взвешенных примесей измеряется

в мг/л, прозрачность – в см.

Мутность воды выражают в единицах:

JTU (Jackson Turbidity Unit) – единица мутности по Джексону;

FTU (Formasin Turbidity Unit, обозначается также ЕМФ) – единица мутности по формазину;

NTU (Nephelometric Turbidity Unit) – единица мутности нефелометрическая.

Дать точное соотношение единиц мутности и содержания взвешенных веществ невозможно. Для каждой серии определений нужно строить калибровочный график, позволяющий определять мутность анализируемой воды по сравнению с контрольным образцом. Приблизительно можно представить:

1 мг/л (взвешенных веществ) ≡ 1–5 единиц NTU.

Если у замутняющей смеси (диатомовая земля) крупность частиц – 325 меш, то: 10 ед. NTU ≡ 4 ед. JTU.

ГОСТ 3351-74* и СанПиНы 2.1.4.1074-01 приравнивают 1,5 ед. NTU (или 1,5 мг/л по кремнезему или каолину) 2,6 ед. FTU (ЕМФ).

П.1.35. Минерализация

Единица измерения в СИ – мг/л, г/м3, мкг/л.

В США и в некоторых других странах минерализацию выражают в относительных единицах (иногда в гранах на галлоны, gr/gal):

ррb – (parts per billion) биллионная (миллиардная) доля (1 · 10-9) единицы;

ррt – (parts per trillion) триллионная доля (1 · 10-12) единицы;

‰ – промилле (применяется и в России) – тысячная доля (1 · 10-3) единицы.

Соотношение между единицами измерения минерализации:

1мг/л=1ррm=1·103ррb=1·106ррt=1·10-3‰= =1·10-4%;1gr/gal=17,1ppm=17,1мг/л= = 0,142 lb/1000 gal.

Для измерения минерализации соленых вод, рассолов и солесодержания конденсатов правильнее применять единицы: мг/кг. В лабораториях пробы воды отмеряют объемными, а не массовыми долями, поэтому целесообразно в большинстве случаев количество примесей относить к литру. Но для больших или очень малых значений минерализации ошибка будет чувсвительной.

По СИ объем измеряется в дм3, но допускается и измерение в литрах, потому что 1 л = 1,000028 дм3. С 1964 г. 1 л приравнен к 1 дм3 (точно).

Для соленых вод и рассолов иногда применяют единицы измерения солености в градусах Боме (для минерализации > 50 г/кг): 1°Ве соответствует концентрации раствора, равной 1% в пересчете на NаСl. 1% NаСl = 10 г NаСl/кг.

П.1.36. Сухой и прокаленный остаток

Измеряются в мг/л. Сухой остаток не в полной мере характеризует минерализацию раствора, так как условия его определения (кипячение, сушка твердого остатка в печи при температуре 102–110°С до постоянной массы) искажают результат: в частности, часть бикарбонатов (условно принимается – половина) разлагается и улетучивается в виде СО2.

П.1.37. Характеристики текстильных волокон

Метрический номер (N – устар.) – отношение длины нити (текстильного волокна) в метрах к ее массе в граммах, м/г.

Текс (Т) (от лат.: texo – тку, сплетаю) – отношение массы нити (волокна) в граммах к ее длине в километрах, г/км. Т = 1000 / N · 1 Т = 10-6 кг/м.

Номер крученой пряжи обозначается дробью: числитель – номер отдельной нити, знаменатель – число нитей в пряди (стренге). Пример: фильтродиагональ N 20/5 – пряжа скручена из первичных нитей No 20 и состоит из 5 сложений.

П.1.38. Десятичные кратные и дольные единицы измерения величин

А также их наименования и обозначения следует образовывать с помощью множителей и приставок, приведенных в табл. П.1.7.

Определение

\

Если тело перемещается по прямой линии на пути $s$ под воздействием постоянной силы $\overline{F}$, то работу можно вычислить как:

\

где $\alpha $ — угол между направлением силы и направлением перемещения тела.

Джоуль — единица измерения работы в системе СИ

Единица измерения работы носит название джоуль (Дж). Его можно определить исходя из выражения (2), так имеем:

\=\left\left=Н\cdot м=Дж.\]

Один джоуль равен работе, которая совершается при перемещении точки, к которой приложена сила величиной в один ньютон, на расстояние один метр в том направлении, в котором действует сила.

Джоуль — единица измерения работы, являющаяся производной в Международной системе единиц (СИ). Через основные единицы этой системы джоуль выражается как:

\

В электродинамике встречается определение работы, которую совершают силы электрического поля за промежуток времени равный одной секунде напряжении один вольт для того, чтобы поддерживать силу тока равному одному амперу. В таком случае джоуль можно выражать как:

\

Эрг — единица измерения работы в системе единиц СГС

В системе СГС (сантиметр, грамм, секунда) работа измеряется в эргах (эрг). При этом одни эрг равен:

\

Зная, что:

\

получаем:

\

Единицы измерения работы в технической системе единиц (МКГСС)

В системе МКГСС (в данной системе единиц основными являются метр, килограмм-сила, секунда) единицей измерения работы является килограмм-сила-метр ($кгс\cdot м$). 1$\ кгс\cdot м$ — это работа которую совершает сила 1 кгс (килограмм-сила), если точка ее приложения перемещается благодаря ей на один метр в направлении действия силы. Джоуль и $кгс\cdot м$ соотносятся как:

\

Данная единица работы в настоящее время встречается редко и постепенно выводится из применения.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Используя определение джоуля — единицы измерения работы в электричестве как $Дж=Кл\cdot В,\ $получите выражение его через основные единицы системы СИ.

Решение. Рассмотрим каждую единицу, входящую в правую часть выражения:

\

Так, единица измерения заряда в Международной системе (Кл) может быть представлена с использованием основных единиц СИ как:

\

Рассмотрим выражение, которое связывает вольт ($В$) с основными единицами СИ:

\

В результате имеем:

\

Ответ. Единицу измерения работы (джоуль) можно представить как: $Дж=Кл\cdot В={\rm Н}•{\rm м}=\frac{кг{\cdot м}^2}{с^2}$

Пример 2

Задание. Тело массой 10 т скатывается с уклона по дороге под действием силы тяжести. Какова работа силы тяжести на пути в 100 м, если уклон дороги составляет c горизонтом 40? Запишите ответ в единицах системы СГС.

Решение. Сделаем рисунок.

За основу решения задачи, учитывая, что сила тяжести — постоянная сила, действующая на тело на всем пути его прямолинейного движения без изменения, примем формулу для вычисления работы вида:

\ \

Используя выражение (2.2) и принимая во внимание, что величина силы, которая совершает работу, равна:

\

искомую работу примем равной:

\

Переведем массу тела в систему СИ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *